«Климат таким, как раньше, уже не будет»: как в России меняется температура воздуха

Последние 50 лет на планете растут средняя температура, уровень океана, количество влаги и содержание углекислого газа в атмосфере. А площадь ледников, наоборот, сокращается.

Все это сказывается на нашей жизни уже сейчас. Мы поговорили с кандидатом физико-математических наук, заместителем директора Института физики атмосферы имени Обухова РАН Александром Чернокульским о том, каким будет климат в будущем, как ученые прогнозируют погоду и изучают окружающий мир.

Если мы говорим про научно обоснованные метрики, которые оценивают точность прогноза, то она действительно повышается. Если в 80-е годы точность прогноза на день составляла 80—90%, то сейчас прогнозы, которые делают на следующий день, оправдываются на 98%.

Что касается искусственного интеллекта, пока у него, конечно, не решающая роль. Он помогает уточнять информацию, например, о вероятности конкретных опасных явлений в том или ином месте. А основа прогноза погоды — классические гидродинамические модели атмосферы и системы усвоения данных наблюдений. Последние как бы отбраковывают шум  . До того как мы начали усваивать в моделях спутниковые данные, качество прогнозов было существенно ниже, особенно в южном полушарии.

Но вообще для прогноза используется множество данных. Например, самолеты во время взлета передают информацию о состоянии вертикального профиля температуры  , влажности и скорости ветра на точке взлета.

Сейчас распространены домашние метеостанции, и в теории они могли бы повысить точность прогнозов еще сильнее. Но у таких аппаратов тоже много шума и данные могут быть искаженными. При этом некоторые могут давать полезный сигнал, но надо учиться его извлекать и усваивать в детальных моделях.

Как я уже сказал, прогноз погоды на следующие сутки сбывается в 98% случаев. На трое суток — 90%, на пять — 70—75%, в прогнозе на 14 суток оправдываемость уже снижается до 50%.

Иногда люди задаются вопросом, какой смысл в пятидесятипроцентной оправдываемости. Мол, я монетку брошу — и у меня такая же оправдываемость. Но это некорректно, потому что у монетки всего два равновероятных исхода — орел или решка. А при прогнозе мы из множества состояний параметров атмосферы — а это температура, влажность, характер погоды, осадки, облака — выбираем одно состояние. Оправдываемость конкретного состояния по сравнению со всеми другими множествами на 10 дней вперед составляет порядка 55—60%.

Дальше чем на 10—14 дней, к сожалению, мы шагнуть пока не можем. В атмосфере царит хаос, за счет него копится тот самый шум, и он уже через пару недель превосходит полезный сигнал от начальных данных — того, какой была атмосфера в начальный момент прогноза погоды.

Хаос, который копится в атмосфере, может приводить к непредсказуемым последствиям. Помните рассказ Рэя Брэдбери «И грянул гром», откуда пошел известный эффект бабочки  ? Похожий эффект, только уже с математическим аппаратом, открыт и в атмосфере ученым Эдвардом Лоренцом. Из-за хаотичности движений перед нами всегда есть множество вариантов развития событий — мельчайшие изменения в начальных условиях могут вести нас то по одному варианту, то по другому.

Климат менялся всегда. Эту особенность еще в 19 веке открыл Луи Агассис на основе исследования ледников в Швейцарии. Другое дело, что причины изменений — разные. В последние пару веков главной причиной стала деятельность человека, это научно установленный факт.

Так, человек влияет на подстилающую поверхность Земли  , вырубая леса или устанавливая солнечные панели, меняет химический состав атмосферы, добавляя в нее аэрозоль и парниковые газы.

Аэрозоль — это твердые и жидкие частички, находящиеся в воздухе, которые отражают солнечный свет и охлаждают планету. А парниковые газы, наоборот, планету утепляют. Когда мы сжигаем ископаемое топливо, в первую очередь уголь, в атмосферу попадают и парниковые газы, и аэрозоли, которые в какой-то мере компенсируют друг друга.

С конца 70-х годов пришло осознание, что аэрозоли очень плохо влияют на здоровье, — их эмиссии резко сократились. Мы стали улавливать эти аэрозоли еще на производстве, переходить от бурого угля к каменному или вообще к газу. Стали жестче требования к двигателям внутреннего сгорания, чтобы там улавливались аэрозоли. А эмиссии парниковых газов продолжали нарастать.

В итоге мы видим, что потепление с 1970-х годов набирает скорость. С этого времени каждое десятилетие оказывалось теплее предыдущего, средняя температура планеты уже выросла больше чем на градус, поднялся уровень океана, сократилась площадь морского льда, уменьшился объем ледников на суше.

Нужно разделять климат и погоду. Погода — краткосрочное состояние, а климат — многолетнее, по сути климат — это совокупность множества погод.

Если глобальная температура выросла за последние 50 лет примерно на один градус, то в среднем по России — на 2,5 градуса. Причем на севере Красноярского края и северо-востоке Якутии — почти на пять градусов. Каждые десять лет добавляли здесь один градус.

Ночью и зимой теплеет быстрее, чем днем и летом, это так называемая асимметрия потепления. Такая ситуация связана в первую очередь с высотой пограничного слоя  . Когда у вас небольшой погранслой, надо меньше энергии, чтобы он нагрелся.

Зимы стали мягче. Да, у нас иногда устанавливаются сильные морозы, связанные с блокирующими антициклонами  , но в целом все равно температурный фон зимой стал более мягким — и это, конечно, гигантский плюс для нашей страны.

В России снизилась избыточная смертность в холодное время года за счет того, что зимы стали мягче. Но, к сожалению, растет избыточная смертность из-за жары летом. Особенно это опасно в крупных городах. Дело в том, что города сами добавляют тепло вокруг себя, создавая так называемый остров тепла, и в городе жара ощущается сильнее. В 2010 году в Москве из-за жары и задымления от пожаров зафиксировали одиннадцать тысяч смертей.

Температура воздуха на планете растет, а теплая атмосфера содержит больше водяного пара. Но чтобы прошел дождь, водяной пар должен достигнуть насыщения: влажность должна быть близкой к 100%. И если абсолютная влажность  растет с температурой, то с относительной влажностью  — все наоборот. Чем выше температура, тем относительная влажность ниже. Выходит, надо все больше и больше добавлять водяного пара, чтобы достигнуть насыщения и чтобы пошел дождь.

Представьте, что атмосфера — это ведро. Вы налили в него воду, оно переполнилось — достигло насыщения, — пошли дожди. Сегодня же атмосфера стала теплее — наше ведро увеличилось в объеме и для переполнения нужно больше воды.

Проблема в том, что испарение растет не так быстро, то есть наливаем мы в это ведро воду примерно с той же скоростью. Поэтому наполняется оно дольше, а это значит, что бездождевой период увеличился. Когда ведро наполнилось и достигло насыщения, все, что внутри, выливается — и дожди идут более сильные и длительные. В целом общая сумма осадков растет. И общая влагоемкость атмосферы увеличивается — примерно на два процента каждые десять лет.

Характер осадков сильно изменился. В России дожди стали реже, но сильнее. Сейчас больше сильных ливней, чем было в 70-е годы. Зимой у нас тоже уровень осадков существенно увеличивается. Это может влиять на весеннее половодье. И здесь происходит два противоположных процесса.

Выпадает больше осадков, снег может лежать дольше, но при этом растет число оттепелей, зима более теплая, выпавший снег постепенно за зиму стаивает. Зимняя межень  стала выше, поэтому половодий становится меньше. По крайней мере, на европейской территории России. Но если приходит суровая и снежная зима и при этом не происходит оттепелей, весной случаются серьезные половодья.

Есть еще так называемые блокирующие антициклоны, которые могут задерживать западный перенос  , они в наших широтах становятся интенсивнее. Интенсивность западного переноса связана с перепадом температуры между экватором и полюсом. Этот перепад сегодня ослабевает, потому что полюс теплеет быстрее, чем экватор.

В итоге бывают такие застойные периоды в атмосфере, когда западный перенос, который приносит мягкий теплый воздух, как бы запирается — и у нас в отдельных регионах может быть очень низкая температура, идет приток воздушных масс с севера. По соседству, в нескольких сотнях километров к востоку, в этом же антициклоне  идет заток воздушных масс с юга и, если дело происходит летом, случается очень жаркий период.

Если же такая ситуация случается зимой, заток с севера тоже может приводить к печальным последствиям. Так, в 2021 году в феврале почти полностью замерз штат Техас, случился блэкаут. Преобладание холодной антициклональной погоды наблюдалось этой зимой на европейской территории России: было холодно, снег за зиму не стаивал, поэтому мы получили сильное половодье.

В целом прогнозы на 21 век показывают, что на европейской территории России весенние половодья в среднем будут более слабыми. А вот на сибирских реках тенденции другие: там половодья будут усиливаться — и в среднем, и для аномальных зим.

Во-первых, в России растет конвективная неустойчивость. Если простыми словами, чаще создаются условия, когда наблюдается глубокая конвекция — подъем от поверхности теплого и влажного воздуха, который затрагивает большие слои атмосферы. Это приводит к появлению мощных кучево-дождевых облаков, осадков и других явлений. Например, чаще бьют молнии, особенно на севере страны. Есть косвенные свидетельства того, что очень сильные шквалы, смерчи и крупный град могут становиться интенсивнее.

Количество осадков растет практически везде, кроме нескольких исключений. Например, летом на юге европейской территории России осадков становится меньше, потому что на планете усиливаются субтропические антициклоны, конкретно в случае этой территории — Азорский антициклон. Это приводит к периодам практически без осадков, что становится проблемой для сельского хозяйства.

На Дальнем Востоке наблюдается муссонная циркуляция с ветром, который меняет свое направление два раза в году. Зимой он дует с суши на океан и погода стоит сухая, а летом — с океана на сушу, идут дожди. Суша теплеет чуть-чуть быстрее, чем океан, потому что над водой энергия тратится на испарение. В итоге контраст температуры между сушей и океаном возрастает и в целом муссонная активность на планете усиливается. На юге Дальнего Востока из-за изменения климата и усиления муссонной активности ожидается больше проливных дождей.

Во-вторых, в этом регионе растет частота и интенсивность разрушительных ураганов и тайфунов. Их сила увеличивается за счет того, что влагоемкость атмосферы растет. Например, доля ураганов и тайфунов от третьей категории по шкале Саффира — Симпсона в общем числе подобных тропических циклонов выросла с 30% в 1980-е годы до 40% в наши дни. И эта тенденция с большой вероятностью продолжится в 21 веке.

Выходы таких мощных ураганов и тайфунов на побережье могут приводить к серьезным повреждениям городов. Достаточно вспомнить ураган Катрину и Новый Орлеан. При этом общее число ураганов меняется незначительно.

В-третьих, более частые молнии и увеличение бездождевого периода могут приводить к росту числа лесных пожаров. Более того, когда мы в атмосферу добавляем больше углекислого газа, для растений это по сути удобрение. Вообще, если бы мы были растениями, а не людьми, радовались бы тому, что наконец-то в атмосферу возвращается больше CO₂, как это было 65 миллионов лет назад.

В какой-то мере мы возвращаем старый, более теплый климат. С какой-то философской точки зрения, у нас может быть такая биологическая роль — вернуть планету на миллионы лет назад в плане климата, перевести атмосферу из очень холодного состояния в более теплое.

В общем, из-за роста CO₂ растет первичная продукция в лесах — грубо говоря, деревья становятся толще и выше, в них копится углерод. Поскольку бездождевой период удлиняется, они чаще становятся сухими. Одновременно с этим увеличивается число молний. Представьте, что у нас была вязанка сырых дров, которая стала больше, да еще и высохла. И в эту толстую вязанку уже сухих дров чаще начинают бить молнии. Отсюда и более частые лесные пожары. Хотя, конечно, надо помнить, что в России большинство пожаров возникает по-прежнему по вине человека.

В-четвертых, на нас влияет деградация мерзлоты. Две трети территории нашей страны — это мерзлота. Она сейчас тает, увеличивается глубина сезонного талого слоя. В какой-то момент образовывается так называемый талик, когда зимой земля не промерзает полностью — до слоя мерзлоты. Этот жидкий слой может приводить к деградации дорог и в целом инфраструктуры городов, которые построены на мерзлоте.

Я бы выбрал Северо-Запад: юг Карелии, Псковскую, Новгородскую, Калининградскую области. Конечно, там может не хватать солнца. При этом, например, на побережье в Калининградской области есть своя опасность. Там растет уровень океана и иметь дом на берегу не очень хорошо. Хотя с точки зрения атмосферы все неплохо.

Юг Сибири тоже неплох с точки зрения климата. Вообще, все больше районов страны становятся комфортнее — юг Урала, Поволжья. В нижнем Поволжье летом становится слишком жарко, а остальные сезоны более комфортные, чем раньше. На юге Сибири, впрочем, станут чаще возникать пожары и задымления. С точки зрения температуры лучше станет и на юге Дальнего Востока, но там, как уже говорил, могут быть проблемы с более частыми выходами на сушу тайфунов. Кисловодск и регион Кавминвод круглый год, кроме, пожалуй, летних месяцев, оптимален для человеческого организма.

Для комфорта ведь еще важно качество воздуха, а не только температура и осадки. Надо, чтобы рядом не было крупных предприятий, а то я вам скажу ехать на Северо-Запад, а рядом окажется завод. Да, будет приятная для организма температура, но дышать будет совершенно некомфортно.

Надо всегда принимать во внимание много факторов, климат — это лишь один из них. Вообще, с точки зрения температуры и осадков, на мой взгляд, для человека в нашей стране оптимальна сезонная миграция. Лето проводить на северо-западной, а зиму — на юге европейской территории России. Другое дело, что это может быть накладно.

Это вопрос терминологии. Нам надо определиться, кто такой климатический беженец.

Официально в мире, кажется, лишь одна семья с тропического острова признана климатическими беженцами. Дело в том, что если начинаются засуха и сильный голод и люди от голода перебираются в другие страны, они не будут себя называть климатическими беженцами — скорее просто беженцами. Но де-факто триггером для отъезда стала засуха. Вообще, исторически миграции народов тоже отчасти происходили из-за изменений климата. Например, многие миграции кочевников связаны с засухами и неурожаями.

В наши дни ученые выделяют такой каскад процессов: сильные засухи в Африке или на Ближнем Востоке вызывают неурожаи, они приводят к голоду, а тот — к росту насилия, гражданским войнам, переворотам и в результате — к росту количества беженцев. В этой цепочке всегда много звеньев, и причин у каждого звена тоже больше, чем одна. Но непогода, засуха — в их числе. Дискуссии на эту тему продолжаются.

Другой пример. В России есть поселки, которые связаны с другими городами только дорогами-зимниками. Мы можем добраться до них исключительно в холодное время года, когда замерзает грунт или встает лед на реке. И если у нас раньше связь с ними была восемь месяцев в году, то сейчас — шесть-семь, потому что зимы стали короче. А в будущем будет еще меньше. Люди начинают покидать такие поселки. Это климатические беженцы или нет?

Последние десятилетия со скоростью пять миллиметров в год растет уровень океана. Из-за этого население прибрежных городов тоже может покинуть их, если власти не построят какие-нибудь защитные дамбы.

Да, озоновый слой — пример того, что страны могут договориться, наметить решение проблемы и идти к нему. Пока же ситуация окончательно не решена: озоновый слой все равно истончился за счет того, что мы добавили уже много фреонов, а у них долгое время жизни. Но мы хотя бы не производим новые.

Правда, в том случае всем было легче договориться, поскольку производство фреонов не настолько критично для экономического развития. В случае с изменением климата ситуация гораздо сложнее. Поэтому пока больше разговоров, чем дел. Хотя страны демонстрируют озабоченность, пока основные решения, по сути, отложены до 2030 года. Например, тот же Китай сначала планирует наращивать выбросы, а лишь потом снижать.

Это происходит из-за того, что странам нужно производить энергию. У нас много целей устойчивого развития, в том числе борьба с бедностью, обеспечение продовольственной безопасности и так далее. Нельзя ставить во главу угла решение только одной проблемы, например изменения климата. Человечество должно пытаться оптимально достигнуть всех этих целей.

У Европы нет проблемы бедности, и оттого она уже может заняться климатом. А какая-нибудь не самая благополучная страна должна все-таки еще и думать о том, чтобы бороться с голодом. Хотя здесь есть взаимосвязь, потому что само изменение климата тоже может усиливать проблему голода.

В этом смысле странам договориться гораздо сложнее, чем в ситуации с Монреальским протоколом, который касался озонового слоя. Генерально есть понимание, что для удержания темпов потепления на приемлемом уровне человечеству надо выйти на углеродную нейтральность, то есть мы должны добавлять его столько, сколько извлекаем из атмосферы. Сейчас мы добавляем десять гигатонн углерода в год — а это в сто раз больше, чем выбрасывают все вулканы на планете. Из них 30% уходит в океан, и он становится более кислым. Еще 30% уходит в биоту  , идет глобальное озеленение, а 40% остается в атмосфере.

Важно понимать, что, даже если у нас получится выйти на углеродную нейтральность, мы не вернемся в прошлое. Климат таким, как раньше, уже не будет, но мы хотя бы на каком-то уровне потепления можем зафиксироваться.

Человечество постепенно переходит на новую энергетику. Люди пересаживаются на электромобили. Есть проблемы, связанные и с этим переходом, вроде утилизации батарей и солнечных панелей. Но здесь тоже прогресс не стоит на месте.

Я помню, были такие фотографии, где на больших территориях сложены отработанные лопасти ветряков. Мол, вот ваш возобновляемый источник энергии, очередное загрязнение окружающей среды. Но когда этих лопастей появилось достаточное количество, чтобы их стало целесообразно с точки зрения бизнеса перерабатывать, возникли технологии и фирмы, которые занимаются утилизацией, хотя, как я понимаю, не все вопросы здесь еще решены.

При этом продолжают распространяться мифы, что во время производства электроавтомобилей выбрасывается больше парниковых газов, чем при производстве автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Но в последнее время выходит большое количество работ, которые показывают, что за весь жизненный цикл электромобили оставляют существенно меньший парниковый след, чем машины с двигателем внутреннего сгорания. Но, конечно, энергия для электромобилей должна вырабатываться с помощью возобновляемых источников энергии, а не на угольных ТЭС.

Меняется в мире и отношение к сельскому хозяйству и лесам. В нашей стране мы должны перестать считать леса исключительно ресурсом — источником древесины. Вообще-то, лес крайне важен с точки зрения его экосистемных услуг — повышения устойчивости экосистем, с точки зрения поглощения углерода, рекреационных услуг и так далее. И в этом смысле его ценность существенно выше.

Нужно беречь леса от пожаров не только потому, что «пропал ресурс», но и потому, что при пожарах выделяется большое количество углекислого газа, мгла приходит в города и мы получаем большое количество преждевременных смертей. Многие люди не доживают какое-то количество лет.

Изменение климата зависит от изменения общества. Есть несколько сценариев. И если реализуется сценарий устойчивого развития, мы удержим в ближайшие 50 лет температуру в пределах потепления на 2—2,2 градуса относительно конца 19 века. Так что глобальная температура прибавит по сравнению с тем, что есть сейчас, где-то 0,5—0,7 градуса. Уровень океана будет расти, но не так быстро.

Если же общество придет к тому, что возникнет сильное региональное соперничество, страны продолжат жечь уголь и нефть, а на климат махнут рукой, это приведет к более сильному потеплению. К концу века станет теплее еще на два градуса.

Может случиться и черный лебедь, который тоже повлияет на климат. Например, произойдет извержение супервулкана или прилетит крупный метеорит. После этого на Земле резко похолодает. Но вероятность такого развития событий близка к нулю.

Еще один такой черный лебедь для климата — ядерная война. Она приведет к тому, что в атмосферу попадет гигантское количество пепла после мощных пожаров. Этот пепел закроет солнечный свет, что приведет к ядерной зиме. Это то, что рассчитали советские и американские климатологи еще в 80-е годы. Если случится ядерная война, победителя не будет просто потому, что наступит очень сильное похолодание, проиграют все. Температура воздуха может упасть глобально на десять градусов, и это приведет к повсеместному голоду и резкому похолоданию примерно на 10—15 лет.

Впрочем, наиболее вероятен тот вариант, что мы останемся на сегодняшнем уровне развития. Это в итоге приведет нас к потеплению в ближайшие 50 лет где-то на градус — полтора и к прибавке уровня океана еще примерно на 40—50 сантиметров.